[发明专利]用还原剂加浓内燃机排气的方法和执行该方法的内燃机

说明书

相关申请

本申请要求德国专利申请号102012212432.2的优先权，该申请在2012年7月16日提交，其全部内容为所有目的通过参考并入本文。

技术领域

本公开涉及用还原剂加浓内燃机排气的方法。

背景技术

内燃机可以配备各种排气后处理系统以便减少污染物排放。在火花点火发动机中使用催化反应器，即使在低温，该催化反应器通过使用提高某些反应的速率的催化材料仍确保HC和CO的氧化。另外，如果氮氧化物NO_x也要被还原，那么这可以通过使用三元催化转化器实现，然而为了实现该目的，使用火花点火发动机的化学计量操作（λ≈1）在严格限制内运行。在此情况下依靠存在的未氧化排气成分，即通过一氧化碳CO和未燃烧烃HC，还原氧化物NO_x，这些排气成分同时被氧化。

通常并且在本公开的背景下，空气比λ定义为实际进入内燃机的至少一个汽缸的空气质量m_air，act与化学计量空气质量m_air，stoich的比，需要该化学计量空气质量m_air，stoich以便刚好完全氧化进入至少一个汽缸的燃料质量m_fuel（内燃机的化学计量操作λ=1）。这里λ=m_air，act/m_air，stoich，并且由于定义为L_stoich=m_air，stoich/m_fuel的化学计量空气需求L_stoich，空气比λ=m_air，act/m_fuel*（1/L_stoich）。

在用过多空气操作的内燃机的情况下，例如柴油机或直接喷射火花点火发动机的情况下，但同样在稀燃火花点火发动机中，由于缺少还原剂，因此在排气中存在的氮氧化物NO_x不能被还原。

因此，可以提供排气后处理系统例如也称为稀NOx捕集器（LNT）的存储催化转化器，以还原氮氧化物。这里氮氧化物在内燃机的稀燃操作（λ>1）期间首先被吸收即收集并存储，然后在再生阶段期间例如依靠氧缺乏的内燃机的亚化学计量操作（λ<1）被还原，在排气中存在的未燃烧烃HC和一氧化碳CO用作还原剂。

排气再循环（EGR）和在进气系统中增压空气的节流提供了在发动机内用还原剂特别是未燃烧烃加浓排气的进一步内在可能性。两种措施都降低输送通过内燃机的增压空气质量或新鲜空气质量，并且由此减小空气比λ。由于供应的空气质量的降低引起加浓发生。

也称为HC加浓的用未燃烧烃加浓排气也可以依靠将另外燃料后喷射进入内燃机的至少一个汽缸来实现。这里，后喷射燃料不意图由仍然进行的主燃烧在燃烧室中点燃，或通过即使在主燃烧完成之后仍然为高的燃烧气体温度在燃烧室中点燃，而是在充气循环期间在催化转化器上游将未燃烧的引入排气排放系统。

利用后喷射的内燃机本质上倾向于由未燃烧烃稀释或污染油料。取决于后喷射燃料的量和喷射点，更大或更小比例的后喷射燃料到达汽缸的内壁上，在那里其与粘合油膜混合，并因此有助于油料稀释。此外，另外燃料用作还原剂受限于增加内燃机的总燃料消耗。

关于内燃机的亚化学计量操作（λ<1），即加浓，亚化学计量操作的发动和维护可以有时仅受约束实现，如果有的话。该原因是多样的并且作为内燃机在其操作的瞬时负荷的函数变化。

当用富混合物运行特别是使用压缩点火时，在低负荷下不能确保稳定燃烧。可能发生混合物的不点火或不完全燃烧。结果是不希望高的污染物特别是未燃烧烃HC的排放。在中间负荷范围中负荷波动经常发生。短暂操作状况使得更难以维持恒定空气比，并且在一些情况中使得任何加浓都不可能。在较高的、高的或顶级的负荷范围中，亚化学计量操作通常由最大可容许排气温度控制，该排气温度经常受到在排气排放系统中提供的组件和它们承受热负荷的能力限制，例如由排气涡轮增压器的涡轮、排气后处理系统或排气再循环系统限制。在该背景下必须记住，通常排气温度随着任何加浓升高。

如果将还原剂直接引入到排气排放系统例如通过在LNT上游喷射另外燃料来直接引入，那么发动机内的内部措施可以省去。

在形成本公开的主题的方法和内燃机中，通过将还原剂引入在至少一个排气后处理系统上游的排气排放系统来加浓排气。然而也可以提供用于加浓排气的进一步措施，特别是在发动机内的内部措施。